汽车振动学全部实验指导月日PPT课件

1、汽车振动学汽车振动学实验安排实验安排1Matlab环境熟悉23456第1页/共74页一.实验内容与要求 本学期考核7个实验，并将7个实验的前期分析、源程序、运行结果和结果分析展示出来。实验1实验2实验3实验4实验5实验6实#58. 实验7的理论基础及相关说明验7第2页/共74页二.实验详细要求 11周实验单自由度阻尼振动分析：包括欠阻尼 、临界阻尼和过阻尼单自由度简谐振动幅频相频特性曲线实验1实验2第3页/共74页实验1的理论基础及相关说明实验要求第4页/共74页阻尼自由振动 前面讲的自由振动系统没有考虑阻力的影响，实际由于阻力的存在系统机械能不可能守恒，振动中这种阻力称为阻尼，如摩擦阻尼、电

2、磁阻尼、介质阻尼和结构阻尼。 对于实际系统中的阻尼很难确定，工程中最常见的一种阻尼力学模型是粘性阻尼，如在流体中运动、在润滑表面的滑动。第5页/共74页粘性阻尼力与相对速度成正比c：粘性阻尼系数，或阻尼系数，单位：建立平衡位置坐标系，受力分析：阻尼力、弹性力、重力得到动力学方程：或者写为：其中，固有频率：相对阻尼系数：第6页/共74页得到特征方程：令：再得到方程特征根：对应三种情况：%为什么结果不对clear allsyms e w0%solve(w02+r2+2*e*r=0) solve(r2+2*r*e+w02=0)第7页/共74页第一种情况：欠阻尼两个复数根阻尼固有频率：方程特征根：21

3、cc、由初始条件决定振动方程：也称为有阻尼的振动固有频率第8页/共74页零时刻的初始条件为：零初始条件的自由振动为：或者：第9页/共74页阻尼固有频率：阻尼自由振动周期：:0T无阻尼自由振动周期。结论：1。阻尼自由振动周期大于无阻尼自由振动的周期或者：阻尼自由振动频率小于无阻尼自由振动的频率2。欠阻尼是一种振幅逐渐衰减的振动。第10页/共74页051015-1 0 1 2 3damp osillation单自由度阻尼振动的matlab仿真动画。源程序第11页/共74页Matlab仿真分析源程序第12页/共74页%阻尼振动，包括临界和且阻尼%此程序输出临界阻尼系统衰减曲线。以指数规律衰减趋于平衡

4、位置 e=1clear allw0=15;%系统固有频率x0=5; %初始位移,振幅mmv0=10; %初始速度t=(0:1000)*0.001 x1=exp(-w0*t).*(x0+(v0+w0*x0)*t);实验要求（1）将上述源程序读懂（包含临界阻尼和欠阻尼）（2）参考上述程序，将阻尼比共10条，并比较各响应曲线特性。（3）请同时考虑过阻尼曲线1,.,2 . 0 , 1 . 06 . 1,.,2 . 1 , 1 . 1第13页/共74页动力学方程：特征方程：特征根：第二种情况：过阻尼特征根：两个不相等的负实数根振动解：第14页/共74页振动解：给定初始条件：则：响应图结论：一种按照指数规

5、律衰减的非周期蠕动，没有振 动发生。第15页/共74页动力学方程：特征方程：特征根：第三种情况：临界阻尼特征根：两个重实数根振动解：第16页/共74页振动解：给定初始条件：则：响应图结论：仍按照指数规律衰减的非周期蠕动，没有振动发生。衰减速度比过阻尼快。临界阻尼系数：第17页/共74页Matlab仿真分析源程序00.10.20.30.40.50.60.70123456时 间 （ s）位移 （mm）第18页/共74页%此程序输出临界阻尼系统衰减曲线。以指数规律衰减趋于平衡位置 e=1clear allw0=15;%系统固有频率x0=5; %初始位移,振幅mmv0=10; %初始速度三种阻尼情况总

6、结：欠阻尼临界阻尼过阻尼响应图欠阻尼是一种振幅逐渐衰减的振动；过阻尼是一种按指数规律衰减的非周期蠕动，没 有振动临界阻尼也是只衰减不振动，衰减稍快。第19页/共74页实验2的理论基础及相关说明Matlab仿真实验要求第20页/共74页简谐力激励的强迫振动质量-弹簧系统，激励为：则振动微分方程与初始条件：第21页/共74页初始条件响应自由伴随振动强迫响应解：其中：第22页/共74页初始条件响应自由伴随振动强迫响应其中：振幅放大因子静位移系统滞后于谐波力的相位角第23页/共74页经过充分时间后，作为瞬态响应的前两项振动都消失，只剩稳态强迫振动第24页/共74页稳态响应特性以s为横坐标，画出幅频特性

7、曲线：结论：(1)当激振频率远小于系统固有频率响应的振幅与静位移相当第25页/共74页稳态响应特性结论：(2)当激振频率远大于系统固有频率响应的振幅很小第26页/共74页稳态响应特性结论：(3)当激振频率接近于系统固有频率共振，振幅无穷大但共振受阻尼的影响较大，在s=1的附近，增加阻尼使振幅明显下降第27页/共74页源程序第28页/共74页%简谐振动的幅频与相频特性分析clear alls=(1:300)/100;%简谐激励频率与固有频率之比值e=0.0;%阻尼比B=1./sqrt(1-s.2).2+2*e*s)plot(s,B,k-);hold one=0.1;%阻尼比B=1./sqrt(1

8、-s.2).2+2*e*s)BP=B;plot(s,B,m-);hold onMatlab仿真实验要求 根据幅频特性曲线的程序的分析，编制相频特性曲线！参考程序：需要完善完善程序第29页/共74页稳态响应特性结论：(4)相频特性1. 相位角接近于0，位移与激振力在相位上相同2. 相位角接近于 ，位移与激振力反相3. 相位角接近于2/第30页/共74页二.实验详细要求 13周实验基于MatLab的偏心质量引起的强迫振动分析实验3第31页/共74页偏心质量引起的强迫振动 旋转机械如电动机、水泵、汽车发动机等，由于偏心质量旋转机械如电动机、水泵、汽车发动机等，由于偏心质量而引起强迫振动是很普遍的现象

9、。而引起强迫振动是很普遍的现象。m1em2xF0ckx力学模型力学模型第32页/共74页偏心质量引起的干扰力分析 m1em2xF0ckx偏心质量的离心惯性力偏心质量的离心惯性力220emF 垂直分量垂直分量temtFFsinsin220tFkxxcxmsin0 temkxxcxmsin221 第33页/共74页偏心质量引起的强迫振动分析 m1em2xF0ckxtFkxxcxmsin0 temkxxcxmsin221 2222022222212214BnpmemB222pnarctg第34页/共74页偏心质量引起的强迫振动分析 2222022222212214BnpmemB222pnarctgB

10、A第35页/共74页基于MatLab的偏心质量引起的强迫振动分析 （2）求响应相位角滞后于激振力的相位角 随频率比 和阻尼比 的变化曲线。nkm2c 基于MatLab的偏心质量引起的强迫振动分析。 （1）参考书上的内容p6-p8，特别是公式 和，求动态放大因子 随频率 比 和阻尼比 的变化曲线。km2cn第36页/共74页基于MatLab的偏心质量引起的强迫振动分析 （2）求响应相位角滞后于激振力的相位角 随频率比 和阻尼比 的变化曲线。nkm2c 基于MatLab的偏心质量引起的强迫振动分析。 （1）参考书上的内容p6-p8，特别是公式 和，求动态放大因子 随频率 比 和阻尼比 的变化曲线。

11、km2cn第37页/共74页 实验3没有参考程序，可以参考试验2！ 实验三与2程序（幅频相频特性完全一致，只是代表物理含义名称稍有不同）完全一样。第38页/共74页二.实验详细要求 13周实验基于Matlab三自由度振动分析多自由度汽车振动分析实验4实验5第39页/共74页基于Matlab三自由度振动分析 参考源程序1 motaiqiujie.m 符号方程的求解，解特征方程得到三个振动固有频率； 源程序2 chapter2_3freed.m （1）首先读懂程序 （2）系统M和K矩阵如下，且m=1000kg； k=106，求固有频率和三个振型的实频和虚频曲线、幅频和相频曲线和Nyquist图。理

12、解主振动含义。实验4第40页/共74页Matlab求特征值和特征向量特征值和特征向量(MATLAB学习) 第41页/共74页源程序运行结果 得到固有频率 1/m*3(1/2)*(m*k)(1/2) 1/m*(m*k)(1/2) 2/m*(m*k)(1/2)mkmkmknnn23321思考：为什么求出的1,2、3主振动顺序变了 -1, 1, 1 0, 2, -1 1, 1, 1 -1, 1, 1 0, -1, 2 1, 1, 1 1, 1, -1 2, -1, 0 1, 1, 1 1, -1, -1 2, 1, 0 1, -1, 1第42页/共74页实频和虚频曲线幅频和相频曲线Nyquist图参

13、考程序部分结果第43页/共74页实验4的理论基础及相关说明Matlab仿真实验要求第44页/共74页隔振原理隔振原理：振源来自地基，为减少对地基对机器的振动影响而采取的措施。第45页/共74页隔振原理隔振原理 隔振后系统稳态响应的振幅： ：与主动隔振评价指标表达式完全一样。 两者统称为。 评价指标为：第46页/共74页隔振原理隔振原理： 1）不论阻尼为多少，只有在频率比 才有隔振效果； 2）在给定某个频率比的值， 隔振效果随着阻尼比的减少而降低； 第47页/共74页 请问：位移传递率和隔振效率的关系？第48页/共74页13周附加实验：T值的Matlab仿真分析（关键在于理解）00.511.52

14、2.533.5400.511.522.533.5频 率 比传递率T或X/Y e=0.05e=0.10e=0.15e=0.20e=0.375第49页/共74页e=0.05;for i=1:100 r(i)=0.04*i; T(i)=(1+(2*e*r(i).2)./(1-r(i).2).2+2*e*r(i).2).0.5; %T(i)=(1-r(i).2).2+2*e*r(i).实验要求 （1）请同学们读懂源程序，修改源程序使之与前一图相似，并且标注 （2）请回答T值图为什么与上一实验幅频特性曲线一致。讲解到这里第50页/共74页实验5的理论基础及相关说明Matlab仿真实验要求第51页/共74

15、页14周实验：Matlab仿真发动机四点悬置振动分析 （2）给定发动机的参数书上的题3.5（p119） 未求和答案，请优化程序并计算结果。11.8760 3.6658 1.7969 0.0000 0.0000 0 + 0.0000i 17.5785 9.9970 8.8000 5.6302 2.9272 2.0988 17.5785 9.9970 8.8000 5.6302 2.9272 2.0988外部求和for循环求和错误结果第52页/共74页实验6的理论基础及相关说明Matlab仿真实验要求第53页/共74页 求出固有频率：给出：第54页/共74页Matlab仿真计算：利用行列式值求矩阵

16、特征根！ 要求：利用行列式值求矩阵特征根！ 答案不对f1 =6.2695e+003 +1.3557e-029if2 =8.9259e+002 -4.6435e-029if3 =3.6517e+003 -1.3183e-029i17周实验6：利用行列式值求矩阵特征根！第55页/共74页 ：2）无阻尼三自由度模型气门的等效质量挺杆的等效质量摇臂的等效质量对应刚度第56页/共74页 系统运动微分方程：F0-气门推力-摇臂转角第57页/共74页 系统运动微分方程求解：第58页/共74页 求出固有频率：给出：第59页/共74页Matlab仿真计算：利用行列式值求矩阵特征根！ 要求：利用行列式值求矩阵特征

17、根！ 答案有一些差距，请同学们查错，计算正确答案17周实验6：利用行列式值求矩阵特征根！第60页/共74页实验7的理论基础及相关说明Matlab仿真实验要求第61页/共74页求三圆盘扭振系统的固有频率和扭振模态。N=3，两端自由：J1圆盘，令第62页/共74页圆盘J2：第63页/共74页圆盘J3：第64页/共74页给定一组 ，求出 与 的关系曲线：得到：第65页/共74页得到3阶扭振模态：第66页/共74页扭振模态图第67页/共74页Matlab分析计算 请用Matlab实现书上例题4-1的计算过程，并且画出如图4.1-3的a）b）两图！ 请同学们实验前先写好程序，然后到实验室实现！最后两次实

18、验要演示计分。 请同学们按期完成大作业！18周实验7：例题4-1matlab分析计算第68页/共74页三、实验演示要求 请同学们按实验1到7的要求完成实验内容并演示，我会现场给出现场演示给分！如果今天没有完成则演示部分只有30X60%，另外一部分成绩可以通过实验报告获得！ 请同学们在17周星期四之前上交所有的作业。（包括大作业一组一份，要将本组业绩写明，和实验报告一人一份）第69页/共74页四.实验报告格式与要求 见实验报告格式要求 汽车振动学实验报告 全班分为6组，可以以组为单位来完成实验的前期准备分析，程序编写、程序调试与结果展示。 每一次课我都会现场看各组的实验情况，并根据同学们的实验给出实验演示分。所以同学们的前期